分享:
分享到微信朋友圈
X
临床研究
三维动脉自旋标记灌注成像显示学龄前孤独症儿童部分脑区血流下降
程卓 唐世龙 张云 陈务霜 戴春梅 吴兰 刘先凡 何玲

Cite this article as: Cheng Z, Tang SL, Zhang Y, et al. Three-dimensional arterial spin labeling perfusion imaging shows cerebral blood flow decline in some brain regions in preschool autistic children[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(1): 11-14, 20.本文引用格式:程卓, 唐世龙, 张云, 等. 三维动脉自旋标记灌注成像显示学龄前孤独症儿童部分脑区血流下降[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 11-14, 20. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.003.


[摘要] 目的 探讨三维动脉自旋标记(three dimensional-arterial spin labeling,3D-ASL)灌注成像在学龄前孤独症儿童脑部的应用可行性。材料与方法 选取2、3、4、5岁孤独症儿童各40名为研究组,选取2、3、4、5岁健康儿童各40名为对照组,所有儿童均行磁共振常规序列、3D-T1、3D-ASL序列扫描。通过软件后处理获得脑部各区脑血流量(cerebral blood flow,CBF)灌注值,比较分析相同年龄段孤独症儿童和健康儿童脑部各区血流灌注CBF值,找出各年龄段孤独症儿童脑部各区脑血流灌注CBF值特点。结果 2岁组,孤独症儿童颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05);3岁组,孤独症儿童额叶、颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05);4岁组,孤独症儿童颞叶、额叶、丘脑、海马、壳核、尾状核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05);5岁组,孤独症儿童颞叶、丘脑、海马、壳核、尾状核、黑质、红核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05)。结论 3D-ASL技术可以反映脑血流灌注情况,可以更加全面地反映孤独症儿童病理过程。
[Abstract] Objective To explore the feasibility of three-dimensional arterial spin labeling (3D-ASL) perfusion imaging in the brain of children with preschool autism.Materials and Meythods: Each 40 autistic children aged 2, 3, 4, 5 were selected, and 40 healthy children aged 2, 3, 4, 5 were control groups, and all children underwent routine MR and 3D-T1, 3D-ASL scans. The value of cerebral blood perfusion (CBF) was obtained by software posttreatment, compared the value of autistic children of the same age and healthy children, and found the characteristics of CBF in autistic children of all ages.Results In the 2 years old group, the CBF values of temporal lobe, hippocampus and putamen in autistic children were lower than those in healthy children; in the 3 years old group, the CBF values of frontal lobe, temporal lobe, parietal lobe, hippocampus and putamen of autistic children were lower than those of healthy children; in the 4 years old group, the CBF values of temporal lobe, frontal lobe, parietal lobe, hippocampus, putamen and caudate nucleus in autistic children were lower than those in healthy children; in the 5 years old group, the CBF values of temporal lobe, parietal lobe, hippocampus, putamen and caudate nucleus in autistic children were lower than those in healthy children.Conclusions 3D-ASL technology can reflect cerebral blood flow perfusion and more comprehensively reflect the pathological process in children with autism.
[关键词] 孤独症;儿童;三维动脉自旋标记;颅脑;磁共振成像
[Keywords] autism;children;three-dimensional arterial spin labeling;brain;magnetic resonance imaging

程卓 1   唐世龙 1*   张云 1   陈务霜 1   戴春梅 2   吴兰 2   刘先凡 2   何玲 2  

1 重庆医科大学附属儿童医院放射科,国家儿童健康与疾病临床医学研究中心,儿童发育疾病研究教育部重点实验室,重庆 400014

2 儿科学重庆市重点实验室,重庆 400014

唐世龙,E-mail:tangshilong66@163.com

全体作者均声明无利益冲突。


基金项目: 重庆市教委科学技术研究计划项目 KJQN202000425 重庆市科卫联合医学科研项目 2018QNXM006
收稿日期:2021-06-03
接受日期:2021-12-17
中图分类号:R445.2  R749.94 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.01.003
本文引用格式:程卓, 唐世龙, 张云, 等. 三维动脉自旋标记灌注成像显示学龄前孤独症儿童部分脑区血流下降[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 11-14, 20. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.003

       孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)是一组起病于儿童早期的发育障碍性疾病,以交流障碍、社交障碍、刻板行为等为主要特征,发病率高[1, 2, 3];ASD为多因素致病,与遗传、神经发育、社会心理等有关,还有部分致病因素、可能致病因素或该疾病导致儿童身体异常等因素尚未了解清楚[4, 5, 6],如已有研究发现孤独症儿童部分脑区解剖结构异常或脑功能活动异常等[7, 8, 9],但不知异常脑区脑血流灌注是否异常。

       单光子发射型计算机断层摄影(single photon emission computed tomography,SPECT)技术和三维动脉自旋标记(three dimensional-arterial spin labeling,3D-ASL)脑血流灌注成像技术均可了解脑部血流灌注情况,但SPECT是采用放射性同位素作为示踪剂来获取脑部各脑区血流值,同位素具有放射性,对人体有一定危害,且儿童是放射高危群体,故在儿童应用较少[10, 11, 12]。3D-ASL脑血流灌注成像是对流入脑的动脉血进行连续标记,待标记血液流入脑组织后,进行全脑三维快速成像,并测量全脑血流量变化的技术;该技术具有无创性、无需注射对比剂即可重复多次对全脑进行功能成像和评价,已广泛应用于临床[13, 14, 15]

       在以往研究中,尚无学龄前孤独症儿童脑部血流灌注相关研究,纳入研究的孤独症儿童年龄段大多在3~18岁之间,年龄跨度大,由于儿童生长发育较快,不同年龄段,各脑区血流灌注可能不一致,最终导致研究结果可能会出现误差[16, 17, 18]。本研究将学龄前儿童按年龄段分为2、3、4、5岁共4个组,通过3D-ASL脑血流灌注成像获得各脑区血流灌注值,对比分析2~5岁相同年龄段孤独症儿童与健康儿童各脑区血流灌注值;找出孤独症儿童与健康儿童各脑区血流灌注值差别,以便能尽早准确找出不同年龄段学龄前孤独症儿童脑脑部血流灌注特点,以使患者得到及时诊断,合理治疗。

1 资料和方法

1.1 一般资料

       本研究为前瞻性研究,在中国临床试验注册中心临床试验注册号:ChiCTR2000029699。本研究通过重庆医科大学附属儿童医院伦理委员会批准(No. 2018-47),被研究儿童检查前家属均签署知情同意书。

       对照组:前瞻性选取2019年6月至2020年12月健康儿童2岁组49名,3岁组48名,4岁组46名,5岁组46名。纳入标准:儿童体质量指数为15~18 kg/m2 之间;右利手,无神经系统功能疾病、无其他器官伴发疾病、无其他可能影响脑功能与结构的疾病,头部常规磁共振检查均无异常儿童。排除标准:脑部有异常病变;不配合患儿镇静后鼾声导致图像有呼吸伪影。

       研究组:前瞻性选取2018年6月至2019年5月在重庆医科大学附属儿童医院就诊的孤独症儿童2岁组51名,3岁组47名,4岁组48名,5岁组45名;纳入标准:患儿体质量指数为15~18 kg/m2之间;右利手,患儿符合美国精神障碍诊断和统计手册(DSM-Ⅳ)孤独症的诊断标准,无神经系统功能疾病、无其他器官伴发疾病、无其他可能影响脑功能与结构的疾病,既往无药物治疗史,头部常规磁共振检查均无异常儿童;研究组ASD儿童诊断均在重庆医科大学附属儿童医院儿童发育行为及儿童保健科、心理科副高级职称及以上医师门诊进行初诊,纳入研究ASD儿童符合《精神疾病诊断与统计手册》第5版孤独症诊断标准,儿童ASD评定量表(Childhood Autism Rating Scale,CARS)得分≥30;排除标准:脑部有异常病变;不配合患儿镇静后鼾声导致图像有呼吸伪影。

       所有不配合检查儿童均到我院镇静中心镇静后检查,镇静方式:右美3 μg/kg滴鼻+水合氯醛40 mg/kg口服,20 min后如镇静深度不够再次予右美1 μg/kg滴鼻,必要时予水合氯醛20 mg/kg口服。

1.2 设备与方法

       采用GE公司discovery MR 750 3.0 T磁共振扫描仪,8通道头颈联合线圈。不配合儿童均到镇静中心镇静熟睡后行颅脑MR常规序列、3D-T1、3D-ASL序列扫描,常规序列为横轴位T1 FLAIR、T2 FLAIR、T2WI等序列。3D-ASL成像参数为:TR 4628 ms,FOV 25 cm×25 cm,TE 10.4 ms,NEX 3次,层厚4.2 mm,采集层数32层,采集时间4 min 29 s (标记后延迟1525 ms);3D-T1成像参数:TR 450 ms,FOV 25 cm×25 cm,TE 3.1 ms,NEX 1次,层厚1 mm,采集层数152层,采集时间3 min 43 s。

       数据分析:采用GE ADW 4.6工作站,将3D-ASL序列原始数据导入Functool软件,获得脑血流(cerebral blood flow,CBF)定量图,为了计算不同脑区体积、CBF等定量参数值,采用了基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry,VBM)法,在MATLAB 2018a平台上,使用SPM12软件,将3D-T1序列结构图与CBF定量图进行配准,在SPM12软件中利用CAT12工具包将配准后的CBF结构定量图进行分割,最后提取各个脑区体积参数值和CBF参数值(图1)。

       统计学分析:采用SPSS 22.0统计学软件,计量数据以x¯±s表示。研究组与对照组相同年龄段儿童同一脑区3D-ASL灌注CBF值比较采用两独立样本t检验(P<0.05为差异有统计学意义);研究组与对照组相同年龄段儿童同一脑区体积比较采用两独立样本t检验(P<0.05为差异有统计学意义)。

图1  脑区体积、脑区CBF参数提取示意图。
Fig. 1  Schematic diagram of brain volume and CBF parameters extraction.

2 结果2.1 入组结果

       研究组与对照组2~5岁组各纳入40名被试儿童,人口学及临床信息见表1

2.2 相同年龄段,相同脑区CBF值对比结果

       2岁组,孤独症儿童颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05);3岁组,孤独症儿童额叶、颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05);4岁组,孤独症儿童颞叶、额叶、丘脑、海马、壳核、尾状核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05);5岁组,孤独症儿童颞叶、丘脑、海马、壳核、尾状核、黑质、红核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05) (表2)。

表2  2~5岁儿童脑区脑血流(CBF)值
Tab. 2  CBF values of brain regions in children aged 2-5 years

2.3 相同年龄段,相同脑区体积对比结果

       相同年龄段,孤独症儿童与健康组儿童相同脑区差异无统计学意义(P>0.05);相同年龄段,孤独症儿童与健康组儿童脑区总体积差异无统计学意义(P>0.05)。(表3)

表3  2~5岁儿童脑区体积值
Tab. 3  Volume values of brain regions in children aged 2-5 years
表1  被试者信息
Tab. 1  Patient information

3 讨论

       研究结果显示学龄前孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降;学龄前孤独症儿童血流灌注CBF值下降脑区数量随年龄的增加而增加;研究结果获得了不同年龄段学龄前孤独症儿童脑部CBF值下降脑区分布及脑部血流灌注特点。

3.1 孤独症儿童各脑区脑血流灌注特点

       孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降。表2研究结果显示,孤独症儿童2岁组有3个脑区脑血流CBF值下降,到5岁组有8个脑区脑血流CBF值下降,从以上结果可以推断出学龄前孤独症儿童脑区血流灌注量下降脑区会随着年龄的增加而增加,这些脑区血流灌注CBF值下降,可能与孤独症儿童认知、语言、动作发育迟缓有关(当孤独症儿童在2岁左右时,与健康儿童比较,认知、语言、动作发育等差距较小,随着孤独症儿童年龄的增加,认知、语言、动作发育等方面与健康儿童比较差距逐渐增加,最终导致血流灌注量下降脑区数量逐渐增加)[19, 20, 21]表23研究结果还显示,只有3,4岁组孤独症儿童额叶脑血流灌注CBF值低于健康组儿童,且血流灌注量CBF值3岁组明显低于4岁组,其他组孤独症儿童脑部额叶血流灌注CBF值均正常,导致这种现象,可能是孤独症儿童从3岁左右开始,额叶生长发育开始发生迟缓,导致额叶血流灌注下降,后额叶生长发育逐渐恢复,最终在5岁左右时恢复正常,额叶血流灌注也逐渐恢复正常。

       本研究不同年龄段孤独症儿童CBF值下降脑区位置和脑区数量与其他研究者研究结果不一致,如Mori等[22]研究者发现孤独症儿童脑部有颞叶、额叶等5个脑区CBF值下降,而本研究2岁组孤独症儿童只有3个脑区CBF值下降,而5岁组孤独症儿童却有8个脑区CBF值下降;可能是Mori等研究者纳入研究患儿年龄段较大(3~15岁),最终导致结果不一致。

3.2 孤独症儿童各脑区体积特点

       孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降与脑区体积无关。表3研究结果显示,相同年龄段学龄前孤独症儿童相同脑区体积差异无统计学意义(P>0.05),但表2研究结果显示,相同年龄段学龄前孤独症儿童部分脑区血流灌注CBF值低于健康儿童相对应脑区(P<0.05),提示孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降与脑区体积无关,可能与孤独症儿童认知、语言、动作发育迟缓有关;表3研究结果显示,相同年龄段学龄前孤独症儿童相同脑区体积差异无统计学意义(P>0.05),与其他研究者研究结果显示孤独症儿童部分脑区体积异常等结论不一致[23, 24, 25],可能是其他研究者纳入研究孤独症儿童年龄较大(在7岁以上),而本研究纳入研究孤独症儿童年龄为低年龄段(在6岁以下),低年龄段孤独症儿童早期部分脑区血流灌注下降不会导致脑区体积异常,但随着孤独症儿童年龄增加,脑血流灌注下降脑区数量的增加,脑区长期缺血最终导致脑区体积异常。

3.3 本研究局限性

       局限一,纳入研究儿童仅限于2~5岁,其他年龄段儿童尚未纳入研究;局限二,纳入研究部分患儿为镇静后检查患儿,患儿镇静可能会对脑部血流状态有影响,最终导致研究结果有一定偏差;以上不足之处在以后的研究中有待进一步完善。

       综上所述,3D-ASL技术可以反映各脑区血流灌注值,可以全面地反映各个年龄段孤独症儿童不同脑区血流灌注情况。

[1]
Terisa P Gabrielsen, Jeff SA, et al. Functional MRI connectivity of children with autism and low verbal and cognitive performance[J]. Mol Autism, 2018, 27(9): 67-75. DOI: 10.1186/s13229-018-0248-y.
[2]
Cox AD, Virues-Ortega J, Julio F, et al. Establishing motion control in children with autism and intellectual disability: Applications for anatomical and functional MRI[J]. J Appl Behav Anal, 2017, 50(1): 8-26. DOI: 10.1002/jaba.351.
[3]
Peterson BS, Zargarian A, Peterson JB, et al. Hyperperfusion of Frontal White and Subcortical Gray Matter in Autism Spectrum Disorder[J]. Biol Psychiatry, 2019, 85(7): 584-595. DOI: 10.1016/j.biopsych.2018.11.026.
[4]
Dell'Osso L, Lorenzi P, Carpita B. Autistic Traits and Illness Trajectories[J]. Clin Pract Epidemiol Ment Health, 2019, 30(15): 94-98. DOI: 10.2174/1745017901915010094.
[5]
Nuntanee S, Daranee S. Effect of Motorized Elephant-Assisted Therapy Program on Balance Control of Children with Autism Spectrum Disorder[J]. Occup Ther Int, 2019. DOI: 10.1155/2019/5914807.
[6]
Dean DC, Freeman A, Lainhart J. The development of the social brain in baby siblings of children with autism[J]. Curr Opin Psychiatry, 2020, 33(2): 110-116. DOI: 10.1097/YCO.0000000000000572.
[7]
Sen B, Borle NC, Greiner R, et al. A general prediction model for the detection of ADHD and Autism using structural and functional MRI[J]. PLoS One, 2018, 13(4): e0194856. DOI: 10.1371/journal.pone.0194856.
[8]
Lukito S, Norman L, Carlisi C, et al. Comparative meta-analyses of brain structural and functional abnormalities during cognitive control in attention-deficit/hyperactivity disorder and autism spectrum disorder[J]. Psychol Med, 2020, 50(6): 894-919. DOI: 10.1017/S0033291720000574.
[9]
Cai S, Wang X, Yang F, et al. Differences in Brain Structural Covariance Network Characteristics in Children and Adults With Autism Spectrum Disorder[J]. Autism Res, 2021, 14(2): 265-275. DOI: 10.1002/aur.2464.
[10]
Kowalewska B, Drozdz W, Kowalewski L. Positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) in autism research: literature review[J]. Ir J Psychol Med, 2021, 5(1): 1-15. DOI: 10.1017/ipm.2021.15.
[11]
Kaneta T. PET and SPECT imaging of the brain: a review on the current status of nuclear medicine in Japan[J]. Jpn J Radiol, 2020, 38(4): 343-357. DOI: 10.1007/s11604-019-00901-8.
[12]
Sogabe S, Satomi J, Tada Y, et al. Intra-arterial high signals on arterial spin labeling perfusion images predict the occluded internal carotid artery segment[J]. Neuroradiology, 2017, 59(6): 587-594. DOI: 10.1007/s00234-017-1828-9.
[13]
Wong AM, Yeh CH, Liu HL, et al. Arterial spin-labeling perfusion imaging of children with subdural hemorrhage: Perfusion abnormalities in abusive head trauma[J]. J Neuroradiol, 2017, 44(4): 281-287. DOI: 10.1016/j.neurad.2017.02.003.
[14]
Zhang N, Gordon ML, Goldberg TE, et al. Cerebral blood flow measured by arterial spin labeling MRI at resting state in normal aging and Alzheimer's disease[J]. Neurosci Biobehav Rev, 2017, 72(1): 168-175. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2016.11.023.
[15]
Mejdoubi M, Pavilla A, Colombani S, et al. Impact of Head-Down Position on Cerebral Blood Flow in Healthy Subjects: An Arterial Spin-Labeling MR Perfusion Study[J]. J Magn Reson Imaging, 2020, 51(1): 218-224. DOI: 10.1002/jmri.26783.
[16]
Baas KPA, Petr J, Kuijer JPA, et al. Effects of Acquisition Parameter Modifications and Field Strength on the Reproducibility of Brain Perfusion Measurements Using Arterial Spin-Labeling[J]. AJNR Am J Neuroradiol, 2021, 42(1): 109-115. DOI: 10.3174/ajnr.A6856.
[17]
Overton DJ, Bhagwat N, Viviano JD, et al. Identifying psychosis spectrum youth using support vector machines and cerebral blood perfusion as measured by arterial spin labeled fMRI[J]. Neuroimage Clin, 2020, 27(10): 2304-2312. DOI: 10.1016/j.nicl.2020.102304.
[18]
Lindner T, Larsen N, Jansen O, et al. Selective arterial spin labeling in conjunction with phase-contrast acquisition for the simultaneous visualization of morphology, flow direction, and velocity of individual arteries in the cerebrovascular system[J]. Magn Reson Med, 2017, 78(4): 1469-1475. DOI: 10.1002/mrm.26542.
[19]
Tang S, Liu X, He L, et al. Application of a 3D pseudocontinuous arterial spin-labeled perfusion MRI scan combined with a postlabeling delay value in the diagnosis of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy[J]. PLoS One, 2019, 14(7): e0219284. DOI: 10.1371/journal.pone.0219284.
[20]
Tang S, Liu X, He L, et al. Application of Postlabeling Delay Time in 3-Dimensional Pseudocontinuous Arterial Spin-Labeled Perfusion Imaging in Normal Children[J]. J Comput Assist Tomogr, 2019, 43(5): 697-707. DOI: 10.1097/RCT.0000000000000911.
[21]
Oliver LD, Moxon-Emre I, Lai MC, et al. Social Cognitive Performance in Schizophrenia Spectrum Disorders Compared With Autism Spectrum Disorder: A Systematic Review, Meta-analysis, and Meta-regression[J]. JAMA Psychiatry, 2021, 78(3): 281-292. DOI: 10.1001/jamapsychiatry.2020.3908.
[22]
Mori T, Ito H, Harada M, et al. Multi-delay arterial spin labeling brain magnetic resonance imaging study for pediatric autism[J]. Brain Dev, 2020, 42(4): 315-321. DOI: 10.1016/j.braindev.2020.01.007.
[23]
Ozsivadjian A, Hollocks MJ, Magiati I, et al. Is cognitive inflexibility a missing link? The role of cognitive inflexibility, alexithymia and intolerance of uncertainty in externalising and internalising behaviours in young people with autism spectrum disorder[J]. J Child Psychol Psychiatry, 2021, 62(6): 715-724. DOI: 10.1111/jcpp.13295.
[24]
Uddin LQ. Brain Mechanisms Supporting Flexible Cognition and Behavior in Adolescents With Autism Spectrum Disorder[J]. Biol Psychiatry, 2021, 89(2): 172-183. DOI: 10.1016/j.biopsych.2020.05.010.
[25]
An KM, Ikeda T, Hirosawa T, et al. Decreased grey matter volumes in unaffected mothers of individuals with autism spectrum disorder reflect the broader autism endophenotype[J]. Sci Rep, 2021, 11(1): 10001. DOI: 10.1038/s41598-021-89393-z.

上一篇 伪连续动脉自旋标记成像评估出血型烟雾病患者脑血流动力学研究
下一篇 磁共振影像组学鉴别Ⅱ级孤立性纤维瘤/血管外皮细胞瘤与血管瘤型脑膜瘤的价值
  
诚聘英才 | 广告合作 | 免责声明 | 版权声明
联系电话:010-67113815
京ICP备19028836号-2